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(沈阳建筑大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110168)

0 引言

城市管道的拥堵将直接导致城市排水困难进而引发内涝和污水溢出等许多影响生活和环境的重大问题[1-2]。目前的清淤方式有高压水枪法[2]、绞车法[3]、化学法[4]等；但上述清淤方法都有自身的局限性，而采用管道清淤机器人进行清淤可以克服上述不足，也是建设现代化城市和加强环保的需要，从而引起科研人员的广泛关注[5-6]。

目前，国内外对清淤装置的研究很少，缺少对管道复杂性的考虑，嵇鹏程[6]、崔曦元[7]、Nguyen[8]等设计的清淤装置可实现强力切削。上述清淤装置在一定程度上解决了管道清淤的一些问题；但其清淤装置简单，清淤功能单一，无法实现过载保护和管道自适应能力。因此设计了一种可以应用于复杂工况的清淤机器人，并对其清淤装置进行动力特性分析，用以研究其清淤作业的稳定性与可行性。

该清淤盘为旋转弹簧质量系统，对该系统进行动力特性研究。郝兵等利用特征线法对弹簧质量系统的动态响应进行了计算[9]；陈强等为了分析移动载荷作用下梁的动态响应问题，建立了移动振动质量系统作用下梁的动力学模型[10]；刘占芳等为探讨在离心振动复合环境下的动力学行为，建立了旋转系统的动力学方程[11]。对清淤装置进行了设计和基于旋转运动下的弹簧-质量系统的动力特性研究，结果表明，该装置满足清淤作业要求，运动稳定。

1 清淤装置及工作原理

1.1 清淤装置

管道清淤机器人由清淤部分、轮式行走部分、步进部分组成，如图1。……